JP7177482B2 - 液面レベル測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量を用いて液体の液面レベルを測定する液面レベル測定装置に関するものである。

従来、静電容量を用いた液面レベル測定装置が開発・開示されている。下記の特許文献１の液面レベル測定装置は、ステンレスまたはチタンなどで形成された一対の電極を備える。それらの電極は円筒形と棒状になっている。電極間の液面レベルによって静電容量が変化するため、測定される静電容量によって液面レベルを測定している。

たとえば、図４に示すように、自動車の燃料タンク４４には、数カ所で曲げられた燃料供給管４６とガス抜き管４８が繋げられている。燃料供給管４６の中に溜まった燃料の液面レベルを測定しようとした場合、燃料供給管４６の形状に合わせた電極が必要であるが、特許文献１はそのような曲がった管に対応した電極を有さない。当初から曲げられた電極を製造することが考えられるが、燃料供給管４６の曲がり方によっては、電極を燃料供給管４６の中に挿入することができない。また、自動車の種類によって燃料供給管４６の形状が異なるため、車種ごとに曲げられた電極を製造していては不経済であるため、１つの液面レベル測定装置で種々の車種に対応できる必要がある。曲がった管は燃料供給管４６に限定されず、たとえばブルドーザー等の油圧装置の作動油タンクに作動油を注ぐための注入管も曲がった管である。その注入管に入っている作動油の液面レベルを測定するのも燃料供給管４６と同様に難しい。

特開２００６－０３８６９９号公報

本発明の目的は、種々の形状の容器または管に溜まった液体の液面レベルを測定できる液面レベル測定装置を提供することにある。

本発明の液面レベル測定装置は、柔軟性を有する管状の第１絶縁体と、前記第１絶縁体の外周にらせん状に巻きまわされ、または直線状になっており、第１絶縁体の形状変化に応じて形状が変化し、アース電位になった第１電極と、前記第１絶縁体の内方に配置され、第１絶縁体の形状変化に応じて形状が変化し、前記第１電極と間隔を有して対になる第２電極と、前記第２電極に所定電位を印加し、第２電極の電位から第１電極と第２電極の間にある液体の液面レベルを求める測定回路とを備える。

第１絶縁体が変形すると、第１電極および第２電極も第１絶縁体に合わせて変形する。測定回路は第２電極に電流を流し、第２電極の電位から第１電極と第２電極の間にある液体の液面レベルを求める。

本発明によると、第１絶縁体が変形することで第１電極と第２電極が変形される。曲がった容器または管に第１電極と第２電極を挿入することができ、その容器または管に溜まった液体の液面レベルを求めることができる。第１電極と第２電極が種々の形状に曲げられるため、種々の形状の容器または管に溜められた液体の液面レベルを測定することができる。

本願の液面レベル測定装置の外観を示す図である。 本願のセンサー部の構造を示す断面図である。 本願のヘッド部の構成を示す図である。 自動車に使用される燃料供給管の一例を示す図である。

本発明の液面レベル測定装置について図面を使用して説明する。

図１に示す本発明の液面レベル装置１０は、液体の中に入れられるセンサー部１２および測定回路が収納されたヘッド部１４を備える。ヘッド部１４を持ちながらセンサー部１２を容器または管に入れる。たとえばセンサー部１２は、図４に示した燃料供給管４６などの曲がった管または容器に入れられる。

図２に示すように、センサー部１２は、管状の第１絶縁体１６、第１絶縁体１６の外周に配置された第１電極１８、第１絶縁体１６の内方に配置された第２電極２０を備える。

第１絶縁体１６は管状になっており、その断面は円、楕円、四角形など限定されない。第１絶縁体１６は柔軟性を有した絶縁体であり、第１絶縁体１６を曲げて任意形状に変形させることができる。第１絶縁体１６の材料としてゴム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなどの絶縁体が挙げられる。第１絶縁体１６が任意形状の管に入ると、第１絶縁体１６はその管の形状に合わせて曲がる。たとえば図４に示す自動車の燃料供給管４６に第１絶縁体１６を入れることができる。

第１電極１８は変形可能な線状または帯状の導体である。たとえば、第１電極１８と第２電極２０でコンデンサを形成できるのであれば、第１電極１８の太さは限定されない。第１電極１８の材料として銅、アルミニウム、金、銀などの金属が挙げられる。第１電極１８は第１絶縁体１６の外周に巻きまわされて、らせん状になっている。第１絶縁体１６の外周にらせん状の凸部２２を形成することで、凸部２２の間がらせん状の凹部２４になっている。第１絶縁体１６が直線状になった状態で、凹部２４のピッチは一定である。この凹部２４に第１電極１８が入れられている。

第１絶縁体１６は凹部２４が形成されていることで、曲げやすくなっている。第１絶縁体１６が曲がると、第１電極１８も第１絶縁体１６に合わせて曲がる。第１電極１８はらせん状になっているため、第１電極１８は曲がることができる。なお、特許文献１においては対応する電極は円筒状になっているため、曲がることは無かった。第１電極１８が曲がる際、第１電極１８が凹部２４に入れられていることで、第１電極１８が第１絶縁体１６に合わせて曲がることができ、第１絶縁体１６が元の状態（直線状）に戻った時、第１電極１８も元の状態に戻ることができる。凹部２４に合わせて第１電極１８を巻きまわせばよく、製造しやすくなっている。

凹部２４の幅は第１電極１８の断面よりも大きくし、第１電極１８が凹部２４の中に入れられた状態で第１電極１８と凸部２２の間に隙間ができるようにする。第１絶縁体１６が曲がると第１電極１８も曲がるが、凹部２４の中で第１電極１８が多少移動でき、第１電極１８の曲げられた部分に生じるテンションが低く抑えられ、第１電極１８の断線を防ぐことができる。

第２電極２０は第１絶縁体１６の内部空間２６に配置されている。第２電極２０は線状または帯状の導体である。第１電極１８と第２電極２０は同一材料であってもよい。第１電極１８と第２電極２０が一対になっており、その２つの電極１８、２０でコンデンサを形成する。第２電極２０は変形可能であり、第１絶縁体１６が曲がると第２電極２０は第１絶縁体１６の内壁３０に押されて曲がる。第１絶縁体１６があることで第１電極１８と第２電極２０が接触せず、両電極１８、２０でコンデンサを形成し続けることができる。図２のように、線状または帯状になった複数の導体２８をより合わせたり編んだりして第２電極２０にしてもよい。複数の導体２８をより合わせたり編んだりすることで第２電極２０に復元力が備えられ、第２電極２０が曲げられた後、元の状態に戻ることができる。

センサー部１２を燃料供給管４６などの管に挿入すると、管の中に液体があれば、センサー部１２（第１絶縁体１６）の先端３２から液体の中に入っていく。センサー部１２、すなわち第１絶縁体１６の先端３２は開口しており、内部空間２６の中に液体が入っていく。液体の液面レベルと同じ位置まで内部空間２６の中に液体が入る。第１電極１８と第２電極２０でコンデンサを形成しているため、液体が入る量によって電極１８、２０の間の静電容量が変化するため、その静電容量を利用して液面レベルを求めることができる。

第１絶縁体１６と第２電極２０の間にスペーサー（図示せず）を設けて、第１絶縁体１６と第２電極２０の間隔が常に一定になるようにしてもよい。

第１電極１８がアース電位であり、第２電極２０に所定電位が印加される。各電極１８、２０の表面はフッ素樹脂などでコーティングし、各電極１８、２０が液体によって腐食しにくくしてもよい。

センサー部１２は、第１絶縁体１６および第１電極１８を一緒に覆う第２絶縁体３４を備える。第２絶縁体３４は第１絶縁体１６と同様の柔軟性を有する絶縁体である。第２絶縁体３４があることによって、第１電極１８が燃料供給管４６に直接接することは無く、第１電極１８によって燃料供給管４６を傷つけることは無い。

第１絶縁体１６と第２絶縁体３４を貫通する穴（図示せず）を設けてもよい。穴があることで第１絶縁体１６の内部空間２６が第１絶縁体１６および第２絶縁体３４の外部と繋がり、第１絶縁体１６の先端３２から内部空間２６に液体が入りやすくなる。穴の数は１つに限定されず、複数設けてもよい。穴の形状も丸、楕円、四角など種々の形状であってもよい。第１絶縁体１６と第２絶縁体３４の一部または全部を網目状にすることで、第１絶縁体１６と第２絶縁体３４に穴を形成してもよい。

第２絶縁体３４に導電体粉が混入されていてもよい。第２絶縁体３４の表面が導電体粉を介して第１電極１８に接続されることで、第２絶縁体３４の表面がアース電位になる。そのため、第２絶縁体３４と燃料供給管４６がこすれて静電気を生じても、静電気はアースに流される。燃料タンク４４と燃料供給管４６には引火性液体の燃料が溜められるが、燃料供給管４６内で静電気による発火が防止される。

測定回路３６は、第１電極１８と第２電極２０の間にある液面の液面レベルを測定する回路である（図３）。測定回路３６はヘッド部１４を構成する筐体３８の中に収納されている。測定回路３６の基準電位としてアース電位に接続するのであれば、そのアース電位に第１電極１８を接続してもよい。

測定回路３６は、高周波発振をおこなって第２電極２０に電圧を印加し、第２電極２０の電位を測定する。電極１８、２０の間にある液体の液面レベルによって静電容量が異なり、その静電容量によって測定される電位が異なる。そのため、測定回路３６は測定された第２電極２０の電位に応じた信号を液面レベルとして出力する。たとえば測定回路３６の具体例として、従来技術で説明した特許文献１の回路であってもよいが、第２電極２０の電位が測定できれば特に限定されない。

測定回路３６が測定した第２電極２０の電位はマイコン４０などのコンピュータに入力してもよい。マイコン４０は入力された電位に基づいて図１に示す複数の発光ダイオード４２を点灯させる。液面レベルに応じて発光する発光ダイオード４２の数を変更することで、液面レベルを操作者に示す。発光ダイオード４２の代わりに液晶ディスプレイなどの表示装置を使用し、液面レベルを表示してもよい。

以上のように、本願の液面レベル測定装置１０は、第１電極１８と第２電極２０が曲がるため、それらの電極１８、２０を自動車の燃料供給管４６や油圧装置の作動油タンクへ作動油を注ぐための注入管のような曲がった管または容器に挿入することができる。電極１８、２０は自由に曲げられるため、種々の形状の管または容器に電極１８、２０を挿入することができる。従来、計測できなかった管または容器に入れられた液体の液面レベルを測定することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本願は上記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、第１絶縁体１６が曲げられるのであれば、凸部２２と凹部２４は省略し、単なる筒にすることも可能である。第１電極１８は第１絶縁体１６の長軸に沿った直線状であってもよい。第１絶縁体１６の外周に第１電極１８が入る凹部を形成し、第１電極１８の形状が維持されるようにしてもよい。また、第２電極２０は複数の導体２８をより合わせたりせず、１本の直線状の導体２８をそのまま使用したり、らせん状にして使用することも可能である。

検出する液体が引火性液体でなければ、上記のような第２絶縁体３４を省略することも可能である。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：液面レベル測定装置
１２：センサー部
１４：ヘッド部
１６：第１絶縁体
１８：第１電極
２０：第２電極
２２：らせん状の凸部
２４：らせん状の凹部
２６：第１絶縁体の内部空間
２８：導体
３０：第１絶縁体の内壁
３２：センサー部（第１絶縁体）の先端
３４：第２絶縁体
３６：測定回路
３８：筐体
４０：マイコン
４２：発光ダイオード

Claims (3)

1. 柔軟性を有する管状の第１絶縁体と、
   前記第１絶縁体の外周に形成されたらせん状の凹部と、
   前記凹部に入れられて第１絶縁体の外周にらせん状に巻きまわされ、第１絶縁体の形状変化に応じて形状が変化し、アース電位になった第１電極と、
   前記第１絶縁体の内方に配置され、第１絶縁体の形状変化に応じて形状が変化し、前記第１電極と間隔を有して対になる第２電極と、
   前記第２電極に所定電位を印加し、第２電極の電位から第１電極と第２電極の間にある液体の液面レベルに応じた信号を出力する測定回路と、
   を備えた液面レベル測定装置。
2. 前記第１絶縁体および第１電極を一緒に覆う第２絶縁体と、
   前記第２絶縁体に混入された導電体粉と、
   を備えた請求項１の液面レベル測定装置。
3. 前記第１絶縁体および第２絶縁体を貫通する穴を備えた請求項２の液面レベル測定装置。

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